MCU厂商看好哪些新产品特性？

作者/ 王莹 《电子产品世界》编辑

摘要：从2017年下半年开始，MCU出现了供货紧张^[1]。据部分MCU厂商介绍，并不是所有MCU产品线都缺货，只有那些畅销产品才会缺货或延迟供货，并预计这种供货紧张状态会到今年年底。与此同时，MCU厂商也在为杀手级应用厉兵秣马。那么，新的MCU具备哪些新功能?为此，电子产品世界记者于2018年6月走访或电子邮件采访了部分MCU厂商。

1DSC增长快

DSC(数字信号控制器)是MCU中增长的明星。据恩智浦(NXP)及一些市场调查公司预测，从2016年到2020年间，16位DSC年均增长率会高于20%;32位会高于50%(如图1)，高于MCU的平均增长率。DSC主要用于电机控制、数字电源、无线充电等。市面上主要有三大供应商：恩智浦、Microchip和TI。

　　1.1 Microchip推出双核16位DSC

　　Microchip Technology Inc.(美国微芯科技公司)日前发布了dsPIC33CH系列，是双dsPIC DSC内核配置，定位为设计高端嵌入式控制应用的系统开发人员。dsPIC33CH系列的两个内核中有主核和副核。副核用于执行时间关键型专用控制代码;主核负责运行用户接口、系统监控和通信功能，专为终端应用量身定做。dsPIC33CH还进行了特别设计，从而允许不同的设计团队分别为每个内核单独开发代码，并将两个内核无缝集成到一个芯片中。

　　Microchip公司MCU16产品部副总裁Joe Thomsen称，dsPIC33CH系列针对高性能数字电源、电机控制和其他需要精密算法的应用进行了优化，这包括无线电源、服务器电源、无人机和汽车传感器。

　　那么，为何此次特别提到数字电源?实际上，在300 W以下的低功率电源方面，模拟电源从成本上来看更节约。但如果是300 W以上，数字电源能够提供非常灵活的平台，另外Microchip提供的固件会让数字电源的优势非常强劲，因为频率更优化。

　　那么，为何dsPIC33CH双核可以提高数字电源的开关频率?首先是整个流程的改变。因为新一代流程相当于是从70 MHz提升到了100 MHz(如图2)，这就带来了开关频率约50%的效能提升。其次是设计的改变，因为存储信息需要进行来回存储，而现在存储，尤其出现干扰的时候，存储性能大大提升。第三，第2个核使得这两个因素已经提升了一倍的基础上，又提升了一倍。

　　对于电机控制，DSC所要采集的最重要的技术参数是什么?首先要准确地捕捉到运行状态;第二步，对它进行评估，包括对DSC的评估;第三步，根据已经观察到的细节和评估做出相应的调整。最终就可以得到一个更高效，更加低噪，而且效能更好的电机控制。dsPIC33CH在原始设计的时候就已经考虑到了这些，例如dsPIC33CH非常低扰的性质，还有在功率转换的时候可以进行相关评估。另外，很多传感器的外设得到改进，主要目的就是在发现问题的时候，能够对电机进行实时的调整，并且进行优化。

　　1.2 恩智浦的32位DSC路线图

　　恩智浦半导体大中华区微控制器产品市场总监金宇杰指出，DSC的特点是兼有数字信号处理和微控制器的特点，对数字有更强的处理性和更好的功耗特性。

　　恩智浦看好电源转换、电机控制、汽车控制和无线充电等方案，例如在无线充电方面，从5~200 W方案，都是基于DSC开发的。

　　从2017年开始，恩智浦针对DSC的产品线进行了进一步投资，已推出高性能的56F84和较低性能的56F82系列，前者是100 MHz主频，256 K Flash，有高精度PWM和高速ADC。下一步要实现更低功耗、更大内存和更高的主频，例如将会推出更高性能的56F85和较低性能的56F83系列，前者主频提高到200 MHz，有DSC+FPU，512 K Flash，高精度PWM，低功耗高速ADC。2019年下半年预计推出56F8x系列，主频400 MHz。未来，还计划推出类似“i.MX RT+DSC”的产品。

2安全的MCU

　　随着物联网设备的增长，需要边缘设备更加安全，防止网络攻击。

　　2.1 32位高安全性Arm MCU

　　Microchip日前发布了32位的SAML10、L11系列MCU，是首款提供稳健芯片级安全并采用Arm TrustZone技术，适合物联网应用，有低功耗、耐水、抗扰电容式触摸技术。

　　Microchip公司MCU32产品部副总裁Rod Drake先生介绍说，之所以把安全性、触摸性和低功耗结合起来，是因为在定义这款产品时，希望整个功能覆盖面是比较宽泛的，因为有时候用户在某些方面的使用是完全超乎预期的，因此需要产品可以广泛应用于物联网、任何触摸/触屏应用和低功耗应用。

　　那么，相比竞争对手，这两款芯片的特色是什么?首先，是目前市面上唯一一个内核采用M23内核的，第二，有全系列加密模块保证安全性;第三，SAML10、L11有一整套防止物理侵入方面的解决方案。

　　为什么称SAML10和L11有高的安全性?首先，集成的Arm TrustZone的功能有非常好的安全性(如图3左上角)。但是同时，SAML10和L11也增加了一些新功能，例如防篡改功能、静默访问以及加密、加速器的功能(如图3其余部分)。

　　2.2 ST的安全策略

　　意法半导体(ST)大中华与南亚区微控制器产品市场经理彭祖年先生称，对于每种应用的安全性必须给予全面考虑，必须从项目开始时就对安全架构进行系统级规划，以确保将所有的系统安全漏洞都考虑在内。因此，安全问题远远超出了MCU的范围。但是多开展有关安全的讨论很有意义，可以引起开发人员和用户对安全的高度重视，将安全放在优先位置。

　　ST为客户提供安全微控制器(MCU)、STSAFE系列安全单元以及领先的STM32系列MCU的扩展功能，能够很好地满足设计人员和开发人员的需求，帮助其在设计中集成尽可能多的安全保护功能。

　　具体地，ST目前正在与物联网合作伙伴共同协作，利用ST为物联网应用开发的一系列嵌入式STM32、安全微控制器以及嵌入式安全单元，为物联网市场提供全方位的安全解决方案。ST目前提供的有硬件、通信和应用级的安全解决方案。ST的开发工具可以让开发人员轻松激活MCU的安全功能，以适应主要物联网应用的安全需求。另外，为提高安保水平，ST还提供基于其安全单元(SE芯片)的解决方案。

3 低成本的创新

　　中国客户非常在乎成本，这也成了MCU创新的主要方向之一。

　　3.1 恩智浦的跨界处理器i.MX RT成爆款，兼具MPU和MCU特点

　　近日，恩智浦资深副总裁兼MCU业务线总经理Geoff Lees、副总裁兼LPC和低功耗微控制器(MCU)产品线总经理于修杰、MCU产品线全球资深产品经理曾劲涛来京，称2017年6月17日，恩智浦第一次宣布i.MX RT——跨界处理器[2]，基于Arm Cortex-M7内核，增加了廉价的RAM内存，去掉了价格较高的Flash(闪存)，使之兼具有MPU的高性能和MCU的低成本特点。过去一年成了爆款，第一款产品RT1050于2017年10月量产，不到一年时间，在全球已有2500个客户在进行开发，在中国已有四个大客户进入量产。据恩智浦估算，RT1050发现的机会已达到5亿美元数量级。

　　RT系列的卖点是性能高、成本低。例如RT1050比最接近的竞争对手的性能高50%，未来计划性能相差2倍。

　　近来又有三款新产品问世。

　　•RT1060。是RT1050的增强版，性能和配置都有提升。RT1060起价3.48美元(注：1万片起)。特点是有大RAM，例如RT1060推出1 MB内置RAM，可以做图形加速、以太网口、高速USB等。

　　•RT1050新的封装，尤其针对中国增加了大封装，可降低生产PCB(印制电路板)的成本。

　　•RT1020,是RT的第二款产品，价格比RT1050再低30%。起价2.18美元(注：1万片起)，主频500 MHz，还有加密等功能。

　　展望未来，RT系列还会有更多产品。例如，今年年底还会推出带有强大的DSP核的RT芯片，带有语音识别和AI(人工智能)方面的硬件加速。会有“RT+连接”的芯片，即RT+蓝牙/WiFi。RT与内置闪存封装在一起的产品。即将宣布RT1010，比RT1050成本再降低一半。

4 集成外围模拟的创新

　　MCU的一个重要创新方向是增加模拟外设，MCU越来越变成数模混合信号产品。

　　4.1 TI的16位MCU MSP430出花样，“智能模拟组合”让模拟魔术可变

　　近日，德州仪器(TI)超低功耗MSP微控制器事业部总经理Miller Adair再次来京，带来了另一款低价、低功耗、高性能的重磅产——MSP430FR2355铁电存储器(FRAM) MCU。

　　FR2355的最大特色是具有4个智能模拟组合(SAC)，另外，把通常的耐温80~85℃提升到105℃，主频从16 MHz提高到了24 MHz，因此不仅能满足诸如烟雾探测器、传感变送器和断路器等感应与测量在温度方面的需求，还可以帮助开发人员缩小印刷电路板(PCB)尺寸，并且降低物料成本(BOM)。

　　SAC为何神奇?因为每个SAC都可以被配置为12位DAC或运算放大器/PGA(可编程增益放大器)，另外，SAC可以有很多组合配置，例如可以利用4个SAC组合成4个DAC，或组成“TIA+运放”，或是“DAC+运放”，抑或是3个不同的运放，或1个“运放+PGA”，或1个单独的运放等，如图4。

　　这样做的好处不仅方便了硬件工程师的使用，而且软件工程师也很欢迎，因为这样可以通过软件的方式实现不同的模拟信号采集。

　　那么，智能模拟组合(SAC)难在哪里?难在模拟功能的可变，因为同样的电路，既可以是ADC、又可成为与ADC不同类型的各种放大器，这到底是怎么做的?TI不愿透露细节。那么，竞争对手是否也可以很快做出类似产品?TI称不太容易，因为TI的模拟和嵌入式团队为此已合作了多年。

　　这款FR2355定位于MSP430的超值系列(Value Line)。该超值系列都嵌入了FRAM的，有40多个低成本MCU选项。其中有最低成本只有25美分的FR2000系列。除了超值系列，MSP430 FRAM家族还有其他两大类：电容感应类和超声波传感类。整个MSP430 FRAM的定位是针对传感和测量而优化的MCU。

5 边缘人工智能

　　多家公司在布局边缘人工智能。

　　恩智浦资深副总裁兼MCU业务线总经理Geoff Lees称，中国在引领AI和机器学习市场。恩智浦在中国合作分三个阶段：1.与云端公司合作，把他们的OS和生态环境，移到从i.MX处理器甚至更低端的MCU上，因此恩智浦会有很多云端合作伙伴，有更多的语音和视觉AI解决方案。2.把现在做的成果优化，与中国大学和研究机构合作，把他们研究的成果移植到恩智浦产品上，包括工具和语言的算法。实际上，经过优化的机器学习算法比没有优化的效率会高十倍以上。3.把所有优秀的先进算法(机器学习和神经网络的)放到低端产品上，诸如从0.3美元/块的MCU到1美元的i.MX RT跨界处理器上。在这三步之后，恩智浦坚持走低端路线，把经过优化的机器学习、深度学习的引擎固化到恩智浦产品上，可看到将来很多恩智浦芯片将带有机器学习的核，但恩智浦不会走大的GPU和图形算法的路线。

　　参考文献：

　　[1]刘庆.中国MCU市场观察.电子产品世界,2018(3):3-4

　　[2]王莹.MCU与MPU市场趋势.电子产品世界,2017(7):4-9

　　[3]王金旺,王莹.MCU供货紧张，本土厂商找到机会.电子产品世界,2018(3):20-21

　　[4]王朋朋.MCU产品、软件、生态系统的演变及未来展望.电子产品世界,2017(1):27-29

　　[5]林金龙.开源硬件与MCU应用.电子产品世界,2016(12):21-24

　　本文来源于《电子产品世界》2018年第7期第18页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。